Zadanie 4
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: XI. Funkcjonowanie zwierząt. 2. […] 6) Regulacja nerwowa. Zdający: a) wyjaśnia istotę powstawania i przewodzenia impulsu nerwowego; wykazuje związek między budową neuronu a przewodzeniem impulsu nerwowego.
Treść zadania
Zadanie 4. (0–1)
Potencjał czynnościowy to krótko trwająca depolaryzacja błony neuronu i związana z nią repolaryzacja – powrót do stanu spoczynkowego. Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany przewodnictwa jonów Na⁺ i K⁺, towarzyszące fazom depolaryzacji i repolaryzacji potencjału czynnościowego.
Na wykresie: oś pionowa lewa – potencjał błonowy (mV) od −70 do +10; oś pozioma – czas (ms) od 0 do 1,0; oś pionowa prawa – przewodnictwo jonowe (j.u.) od niskie do wysokie. Krzywa potencjału czynnościowego (czarna) startuje od −70 mV, osiąga szczyt nieco powyżej +10 mV ok. 0,25 ms, ok. 0,6 ms spada poniżej −70 mV (krótka hiperpolaryzacja) i powoli wraca do −70 mV. Krzywa przewodnictwa Na⁺ (czerwona) rośnie i opada szybko (szczyt ok. 0,25 ms). Krzywa przewodnictwa K⁺ (niebieska) rośnie z opóźnieniem (szczyt ok. 0,45–0,5 ms) i opada wolno.
W przebiegu choroby – stwardnienia rozsianego – dochodzi do uszkodzenia osłonek mielinowych neuronów i w konsekwencji do osłabienia przewodzenia impulsu nerwowego. Poprawę przewodnictwa nerwowego można osiągnąć przez wydłużenie czasu trwania potencjału czynnościowego. W tym celu pacjentom podaje się bloker odpowiedniego kanału jonowego, dzięki czemu ogranicza się przewodnictwo jednego z jonów.
Na podstawie: S. Konturek (red.), Atlas fizjologii człowieka Nettera, Wrocław 2005.
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Wydłużenie czasu trwania potencjału czynnościowego jest skutkiem podania
A. blokera kanału K⁺,
B. blokera kanału Na⁺,
który to bloker jest przyczyną wydłużenia fazy
1. depolaryzacji.
2. repolaryzacji.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
A2 — bloker kanału K⁺, który wydłuża fazę repolaryzacji.
Uzasadnienie:
Co dzieje się normalnie podczas potencjału czynnościowego:
- Depolaryzacja: otwarcie kanałów Na⁺ → Na⁺ wpływa do komórki → potencjał wzrasta z −70 mV do wartości dodatnich (na wykresie nieco powyżej +10 mV).
- Repolaryzacja: zamknięcie Na⁺, otwarcie K⁺ → K⁺ wypływa → potencjał wraca do −70 mV.
Co dałby bloker Na⁺ (opcja B):
- Brak napływu Na⁺ → brak depolaryzacji → brak potencjału czynnościowego → neuron nie przewodzi w ogóle. NIE wydłuża czasu — uniemożliwia powstanie potencjału. Niewłaściwe leczenie.
Co daje bloker K⁺ (opcja A):
- Po depolaryzacji K⁺ nie może wypłynąć (kanał zablokowany) → komórka wolno wraca do −70 mV → wydłużona faza repolaryzacji.
- Cały potencjał czynnościowy trwa dłużej → według tekstu poprawia to przewodzenie w neuronach z uszkodzoną mieliną.
→ A2 (bloker K⁺ wydłuża repolaryzację).
Pułapka — bloker Na⁺ NIE wydłuża, tylko eliminuje potencjał. Blokery kanałów Na⁺ działają znieczulająco (np. lidokaina — neuron nie przewodzi impulsów bólowych). W SM byłby przeciwskuteczny.
Pułapka — odpowiedź "depolaryzacji". Faza depolaryzacji to Na⁺ wpływa (rosnąca część potencjału). Repolaryzacja to K⁺ wypływa (powrót do spoczynku). Bloker K⁺ → wpływa na K⁺-zależną fazę = repolaryzację.
Pułapka — wykres. Faza depolaryzacji: przewodnictwo Na⁺ wzrasta. Faza repolaryzacji: przewodnictwo K⁺ wzrasta (z opóźnieniem). Blokowanie kanału K⁺ = wydłużenie fazy, w której K⁺ jest aktywny = repolaryzacji.
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — potencjał czynnościowy
| Faza | Co się dzieje | Kanał | Jon |
|---|---|---|---|
| Spoczynek | Membrana spolaryzowana (−70 mV) | Na⁺/K⁺-ATPaza utrzymuje gradient | Na⁺ na zewnątrz, K⁺ wewnątrz |
| Depolaryzacja | Potencjał wzrasta do wartości dodatnich (na wykresie nieco powyżej +10 mV) | Otwierają się kanały Na⁺ napięciowe | Na⁺ wpływa do komórki |
| Repolaryzacja | Potencjał wraca do −70 mV | Kanały Na⁺ zamknięte, otwierają się K⁺ napięciowe | K⁺ wypływa z komórki |
| Hiperpolaryzacja | Potencjał krótko spada poniżej −70 mV | Część kanałów K⁺ nadal otwarta | K⁺ wypływa nadal |
| Stan spoczynku | Powrót do −70 mV | Pompa Na/K przywraca gradient | — |
Analiza wykresu
Przewodnictwo Na⁺ (czerwony):
- Wzrasta gwałtownie w fazie depolaryzacji (szczyt ok. 0,25 ms).
- Spada szybko (inaktywacja kanałów Na⁺).
- Wraca do poziomu wyjściowego ok. 0,55 ms.
Przewodnictwo K⁺ (niebieski):
- Wzrasta z opóźnieniem względem Na⁺.
- Szczyt (ok. 0,5 ms) w fazie repolaryzacji.
- Opada powoli.
Potencjał (czarny):
- Spoczynek: −70 mV.
- Szczyt: nieco powyżej +10 mV (depolaryzacja).
- Powrót do −70 mV (repolaryzacja).
- Krótka hiperpolaryzacja (poniżej −70 mV) → spoczynek.
Analiza: dlaczego blok K⁺?
Problem w SM: osłonki mielinowe uszkodzone → potencjał czynnościowy rozprasza się i może nie dotrzeć do następnego węzła Ranviera → utrata impulsu.
Rozwiązanie: wydłużyć potencjał = zwiększyć szanse, że “dotrze”.
Sposób: zablokować K⁺ → bez wypływu K⁺ komórka nie wraca szybko do −70 mV → potencjał utrzymuje się dłużej.
Lek: 4-aminopirydyna (4-AP) = fampridyna = dalfampridine (nazwa handlowa Fampyra/Ampyra). Bloker kanałów K⁺ Kv. Zarejestrowany w 2010-2011 dla pacjentów SM z osłabieniem chodu.
Dlaczego NIE Na⁺?
Bloker Na⁺ = nie pozwala na napływ Na⁺ → brak depolaryzacji → brak potencjału czynnościowego w ogóle. To znieczulenie (lidokaina), nie wzmocnienie sygnału.
W SM neuron chce przewodzić — problem polega na słabej propagacji. Blokowanie Na⁺ pogłębiłoby problem.
Punktacja CKE
- 4. 1 pkt — A2.
Po co to umieć
Stwardnienie rozsiane (SM, MS) = autoimmunologiczna choroba demielinizacyjna:
- Limfocyty T atakują mielinę osłonek aksonów w OUN.
- Skutek: spowolnienie / blok przewodzenia → niedowłady, zaburzenia widzenia, koordynacji.
- Częściej chorują kobiety.
Leczenie SM:
- Leki modyfikujące przebieg choroby (immunomodulujące), np. okrelizumab, natalizumab, fingolimod, kladrybina, ofatumumab.
- Leczenie objawowe poprawiające przewodzenie: fampridyna = bloker kanałów K⁺ — wykorzystuje zależność opisaną w zadaniu.
- Glikokortykosteroidy w rzutach (metyloprednizolon).
Lidokaina (bloker kanałów Na⁺) — działa odwrotnie: znieczula miejscowo; stosuje się ją też w leczeniu niektórych zaburzeń rytmu serca.
Tetrodotoksyna (TTX) — silna toksyna ryb rozdymkowatych (fugu), wybiórczo blokuje kanały Na⁺.
Wniosek: kanały jonowe są ważnym punktem działania leków i toksyn.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „neurofizjologia, potencjał czynnościowy, depolaryzacja, repolaryzacja, stwardnienie rozsiane” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl